Rapid changes in population distribution across Canada and the introduction of new telecommunication services to the consumer market have resulted in a number of significant challenges for existing network infrastructure. Fast growing populations in metropolitan regions require high density access networks to meet the growing need for bandwidth that results. Furthermore, new services such as high definition TV, online gaming and real-time video teleconferencing are becoming increasingly popular among consumers. These services require higher bandwidth to be available to end users. Changes in the Canadian economy will soon lead to a transition in Canadian industry from manufacturing to services and exploration of natural resources. This will create opportunities for new industrial development and growth in northern regions. Expanding industrialization towards northern Canada will require deployment of reliable telecommunication infrastructure. The combination of open source software, Linux operating system and Personal Computer (PC) based hardware platform is proposed to become the foundation for low cost and flexible technology that will provide transition towards all-optical infrastructures. An innovative prototype of a low-cost optical gigabit Ethernet switch is presented and its benchmark results are discussed. Scalability of the switch and its future applications in optical networks are studied. A prototype of a software based data encapsulation system was designed and implemented in a PC based platform, and its performance was evaluated using real data that was captured in commercial LAN. Semiconductor optical amplifiers (SOA) are studied as a building block in next generation switching devices for all-optical access networks. A prototype of an SOA-based low-cost optical switching device with implemented FPGA based controlling mechanism is presented and its characteristics are discussed. SOA is also studied as an energy efficient optical amplifier that can be deployed in end user facilities. The presented results provide proof of concept of a low cost flexible platform that can be used to design and build network devices to facilitate the transition of existing telecommunication networks towards next generation optical access infrastructure.

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This Master´s thesis provides an overview of wired networks, its parameters, used standards and the deployment possibilities. Moreover, it includes the overall overview about optical networks, its parameters, maximum bandwidth, reachable distances as well as the advantages and disadvantages in comparition with wired networks. The project describes network elements which are used in the optical access network such as media convertors, optical switches etc. The practical part includes results of testing of the network devices in various scenarios. To get a comparable result, the real throughput, the power of each device and compatibility of devices from different producers were measured. At the end I have suggested few scenarios with the usage of optical switches and media convertors for extension of the current optical network. The calculation of costs for building and operation of the network is also included.

En régime de couplage fort lumière-matière, les microcavités de semiconducteurs contenant des puits quantiques abritent des quasi-particules appelées exciton-polaritons de microcavité. Leur caractère hybride mi-électronique, mi-photonique, leur confère des propriétés optiques non-linéaires remarquables. Nous nous intéressons dans cette thèse à des microcavités structurées qui permettent la coexistence de branches polaritoniques de symétrie et d'énergie différenciées. Une microcavité gravée en rubans de quelques micromètres de large est d'abord étudiée. Le confinement latéral lève la dégénérescence entre les modes polarisés parallèlement et orthogonalement à la direction du ruban. Nous montrons que ce dédoublement résulte de contraintes structurales intrinsèques, de sorte que son amplitude peut être décidée dès la conception du dispositif. Nous nous intéressons ensuite à une microcavité double. En régime de diffusion Rayleigh élastique, le dédoublement TE-TM conduit à une séparation spatiale et angulaire des polaritons de pseudo-spins différents. Nous montrons que ce phénomène, appelé "effet Hall optique de spin" peut être contrôlé par un faisceau de pompe intense. Dans le régime d'oscillation paramétrique optique, la lumière s'auto-organise pour former un motif dans le champ lointain. Les règles de sélection concernant l'orientation et la polarisation de ces motifs sont explorées dans le régime d'amplification paramétrique optique. Ces études ouvrent la voie de la conception de "dispositifs de microphares" (capables d'orienter continûment la lumière par un simple contrôle en polarisation) et d'interrupteurs tout-optique ultra-rapides. / Semiconductor microcavities with embedded quantum wells in the strong light-matter coupling regime host quasi-particles called microcavity exciton-polaritons. Their hybrid nature, half-electronic, half-photonic, brings about remarkable nonlinear optical properties. In this work, we focus on microcavities that are structured to enable the coexistence of polaritonic branches with various symmetries and energies. First, a microcavity etched to form micrometers-wide wires is studied. The lateral confinement lifts the degeneracy between the modes which are polarized parallel and orthogonal to the wire direction. We show that this splitting results from built-in constraints which make a precise engineering of the splitting magnitude possible. We then focus on a double microcavity. In the elastic Rayleigh scattering regime, the TE-TM splitting induces a spatial and angular separation of polaritons with different pseudospins. We show that this phenomenon, called "Optical Spin Hall Effect", can be controlled by a strong optical pump beam. In the regime of Optical Parametric Oscillation, the light self-organizes to form patterns in the far field. The selection rules for the orientation and polarization of these patterns are explored in the regime of Optical Parametric Amplification. These studies pave the way for the realization of microscopic "lighthouse" devices (able to continuously orientate the light by a simple polarization control) and ultrafast all-optical switches.

Τα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα οπτικών ινών χρησιμοποιούν την τεχνολογία WDM Wavelength Division Multiplexing) η οποία έχει κάνει εφικτή την αξιοποίηση – ως ένα βαθμό– του τεράστιου εύρους ζώνης της οπτικής ίνας. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας θα παρουσιαστούν οι τρεις βασικές οπτικές αρχιτεκτονικές μεταγωγής (οπτική μεταγωγή κυκλώματος –OCS–, οπτική μεταγωγή πακέτου –OPS–, οπτική μεταγωγή ριπής–OBS–) οι οποίες μετατρέπουν τη διαθέσιμη χωρητικότητα σε ωφέλιμο throughput. Ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στην αρχιτεκτονική OBS, η οποία έχει τραβήξει το ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, σαν μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική της (ώριμης πλέον) αρχιτεκτονικής OCS. Συγκεκριμένα, θα διερευνηθεί η μετάδοση του TCP πρωτοκόλλου πάνω από OBS δίκτυα μέσα από λεπτομερείς προσομοιώσεις, και θα προταθούν κατάλληλες βελτιώσεις της αρχιτεκτονικής OBS. Ακόμα, θα περιγραφεί μια πρωτότυπη υβριδική αρχιτεκτονική οπτικής μεταγωγής ριπής. / Internet traffic has faced an exploding growth in recent years. The ever-growing demand for multimedia web services, as well as the advent of P2P technology, are driving core networks to their limits. This calls for the design of high capacity core networks, being able to serve the user’s high bandwidth requests. Optical networks have become a key part of the solution, mainly due to the vast capacity of optical fibers. Specifically, the advent of WDM technology has resulted in transmission capacities that have increased manifold in recent years. It is the router/switch throughput, however, that really transforms the raw bit rates into effective bandwidth. In this diploma thesis, we study the three basic optical architectures, that is Optical Circuit Switching (OCS), Optical Packet Switching (OPS) and Optical Burst Switching (OPS). Emphasis is given on OBS architecture, which has drawn research interest in recent year, as a possible replacement for the well-established OCS architecture. Specifically, we will study the transmission of TCP traffic over OBS networks through simulation, and propose modifications for the OBS architecture. Finally, a novel hybrid switch architecture will be proposed, combining the merits of OBS and OCS.

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The objective of the research is to design an electro-optic control for the Active Vertical Coupler-based Optical Cross-point Switch (OXS). The electronic control should be implemented on Printed Circuit Board (PCB) and therefore the design will include the PCB design as well. The aim of the electronic control board is to process the headers of the packets prior to entering the OXS to be switched and from the information in the headers, determine the state that the OXS should be configured in. It should then configure the optical cross-point accordingly. The electronic control board should show flexibility in the sense that it can handle different types of traffic and resolve possible contention that may occur. The research seeks to understand the problems associated with Photonic Packet Switching (PPS) networks. Two of the main problems identified in a PPS network are contention resolution and the lack of variable delays for storing optical packets. The OXS was analyzed and found to meet the requirements for future ultra-high speed PPS network technology with its high extinction ratio, wide optical bandwidth, ultra-fast switching speed and low crosstalk levels. Photonic packets were generated with 4-bit, 8-bit or 16-bit headers at a bit rate of 155 Mbit/s followed by a PRBS (Pseudo Random Bit Sequence) payload at 10 Gbit/s. Different scenarios were created with these types of packets and the electro-optic control and OXS were subjected to these scenarios with the aim of testing the flexibility of the electro-optic control to control the OXS. These scenarios include: <ul><li>Fixed length packets arriving synchronously at one input of the OXS. Some packets are destined for output 1, some are destined for output 2 and some are destined for output 3, therefore realizing a 1-to-3 optical switch.</li> <li>Eight variable length packets arriving synchronously at the OXS at one input, all of them destined for one output. The electro-optic control should open the switch cell for the correct amount of time.</li> <li>Three variable length packets arriving synchronously and asynchronously at one input of the OXS. Some packets are destined for output 1 while other packets are destined for output 2. The electro-optic control should open the correct switch cell for the correct amount of time.</li> <li>Two fixed length packets arriving at the OXS synchronously on different input ports at the same time, both destined for the same output port. The electro-optic control should detect the contention and switch the packets in such a way as to resolve the contention.</li> The electro-optic control and OXS managed to switch all these types of data traffic (scenarios) successfully and resolve the contention with an optical delay buffer. The success of the results was measured in two ways. Firstly it was deemed successful if the expected output sequence was measured at the corresponding output ports. Secondly it was successful if the degradation in quality of the packet was not drastic, meaning the output packets should have an BER (Bit Error Rate) of less than 10-9. The quality of the packets was measured in the form of eye diagrams before and after the switching and then compared. The research resulted in the design and implementation of a flexible electro-optic control for the OXS. The problem of contention was resolved for fixed length synchronous packets and a proposal is discussed to store packets for variable lengths of time by using the OXS. This electro-optic control has the potential to control the OXS for traffic with higher complexities and make the OXS compatible with future developments. / Dissertation (MEng (Electronic Engineering))--University of Pretoria, 2008. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / MEng / unrestricted

La croissance du nombre d'études en électronique moléculaire depuis plusieurs décennies repose sur la perpective fascinante d'utiliser des " briques " moléculaires nanométriques pour la fabrication de composants électroniques. Le travail présenté ici s'inscrit dans cette perspective avec comme particularité d'utiliser les monocouches auto-assemblées (les SAMs) pour former le système moléculaire à étudier. La synthèse de ces travaux de recherche en électronique moléculaire durant ces 10 dernières années à l'IEMN sera présentée en se focalisant plus particulièrement sur quatre aspects de ces activités. Tout d'abord, nous aborderons la problématique de la formation expérimentale de la jonction moléculaire (métal ou semi-conducteur/molécules/métal). Dans ce cadre, nous décrirons la réalisation expérimentale de nombreux types de jonctions moléculaires par: électrodes coplanaires (espacées de 50 µm à 16 nm), masque mécanique, micro-nanopore, contact avec une électrode liquide (eGaIn et Hg) et Conducting AFM. Dans un second temps, nous discuterons des mécanismes de transport électronique au sein de la jonction. Pour cela nous étudierons une technique très utilisée depuis quelques années appelée Transition Voltage Spectrocopy (ou TVS), qui permet théoriquement de remonter au niveau d'énergie de l'orbitale moléculaire impliquée dans le transport électronique au sein de la molécule. Notre approche dans cette partie repose sur l'analyse par TVS d'un grand nombre de jonctions moléculaires formées par différentes techniques, et différentes molécules déposées en SAM (en fait 3 familles de molécules). Les résultats obtenus seront comparés à ceux obtenus par UPS et IPES afin d'estimer la pertinence de la technique TVS. Nous verrons que ce travail met en lumière l'importance de l'interface sur l'interprétation des résultats obtenus par TVS. Le troisième aspect traitera de la réalisation d'un composant moléculaire : le transistor à effet de champ, dont le canal conducteur est constitué d'une SAM. La fabrication à l'aide d'électrodes coplanaires de ce type de composant, nommé Self Assembled Monolayer Field Effect Transistor ou SAMFET, sera décrite. Nous verrons que ce transistor donne des valeurs de mobilités comparables à celles obtenues sur des transistors organiques avec un canal conducteur plus épais. De plus, les tensions nécessaires au fonctionnement de ce SAMFET sont très faibles (inférieures à 2V). C'est la première démonstration de SAMFET avec des tensions de fonctionnement proches du volt. Le quatrième et dernier volet portera sur la réalisation de jonctions moléculaires stimulables, c'est-à-dire des molécules dont la conductance change sous l'effet d'une excitation extérieure. Trois aspects seront détaillés : tout d'abord, nous comparerons les conditions de greffage sur substrat d'or pour des SAMs constituées de molécules dérivées quaterthiophène avec une ou deux fonctions thiol ; puis nous étudierons une molécule déposée en SAM capable de réagir avec des cations Pb2+ et modifier ses propriétés électroniques ; et enfin, nous examinerons des jonctions excitables optiquement nommées commutateurs électro-optiques. Pour ce dernier exemple, la jonction est constituée d'une molécule avec un groupement azobenzène. Ce groupement peut basculer optiquement et réversiblement entre deux isomères. Ces deux isomères ont des conductances différentes, le rapport des conductances moyen a été mesuré à environ 1,5.103 et avec une valeur maximum de 7.103. Ce ratio de conductance entre les deux isomères demeure à ce jour le plus élevé mesuré pour des jonctions moléculaires à base de molécules dérivées azobenzène.